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修改后的计算机代码可以准确地模拟聚变等离子体中的不稳定性

亚原子粒子围绕称为托卡马克的环形融合机器拉链,有时合并,释放出大量能量。但是这些粒子 - 带电子电子和原子核或者离子的汤,统称为等离子体 - 有时会从磁场中泄漏出来,将它们限制在托卡马克内部。泄漏冷却等离子体,降低了聚变反应的效率并损坏了机器。现在,物理学家已经确认更新的计算机代码可以帮助预测并最终防止此类泄漏的发生。

研究小组更新了美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)开发的等离子体模拟代码,用于世界各地的聚变研究中心,通过安装一个称为踢模型的新代码。 TRANSP组件之一。踢模型 - 之所以这么称呼,因为它模拟了将粒子踢入等离子体中的能量脉冲 - 允许TRANSP比以前更准确地模拟粒子行为。通过称为NUBEAM和ORBIT的子程序,通过从原始数据中提取信息来模拟血浆行为,这个更新版本的TRANSP可以帮助物理学家更好地理解和预测泄漏,并创建工程解决方案以最大限度地减少泄漏。

融合,驱动太阳和恒星的能量,是等离子体形式的轻元素的融合 - 由自由电子和原子核组成的热的带电状态- 产生大量能量。科学家正在寻求在地球上复制聚变,以获得几乎无穷无尽的电力供应。

该团队发现,更新版本的TRANSP准确地模拟了锯齿不稳定性的影响 - 一种影响聚变反应的干扰 - 高能粒子的运动,有助于引起聚变反应。“这些结果非常重要,因为它们可能允许物理学家使用相同的方法来处理各种不稳定性,而不会根据具体问题从一种模型切换到另一种模式,”PPPL物理学家MarioPodestà说,他是该论文的共同作者。核聚变的研究结果。该结果基于2016年PPPL国家球形环实验升级(NSTX-U)运行期间发生的锯齿状不稳定性,将之前的PPPL研究扩展到将踢模型置于TRANSP中。

更新版本的TRANSP可以模拟尚未进行的实验的等离子体行为,Podestà说。“因为我们理解踢模型中内置的物理,并且因为该模型成功地模拟了我们拥有数据的过去实验的结果,所以我们相信踢模型可以准确地模拟未来的实验,”他说。

在未来,研究人员希望确定不稳定性之间发生了什么,以更全面地了解等离子体中发生的情况。与此同时,Podestà和其他科学家对目前的结果感到鼓舞。“我们现在看到了改进我们可以模拟干扰等离子体颗粒的某些机制的方法,”Podestà说。“这使我们更接近可靠和定量预测未来聚变反应堆的性能。”

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